新型烧结刚玉磨料概述

边华英，李金勇，李郑辉，王学涛，宋建安

（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州450002；2.河南省科学院质量检验与分析测试研究中心，郑州450002；3.白鸽磨料磨具有限公司，郑州450006）

新型烧结刚玉磨料概述

边华英1，2，李金勇3，李郑辉1，2，王学涛3，宋建安1，2

（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州450002；2.河南省科学院质量检验与分析测试研究中心，郑州450002；3.白鸽磨料磨具有限公司，郑州450006）

本文阐述了新型烧结刚玉磨料及其制品的优越性能，分析了国内新型烧结刚玉磨料的研究与生产现状，探讨了新型烧结刚玉磨料生产技术本土化的意义。关键词：新型烧结刚玉磨料；SG磨料；微晶刚玉磨料；超微晶刚玉磨料

1 前言

在磨具的制备材料中，磨料是最主要的功能组分，磨料的种类、粒度和硬度决定了磨具加工零件的材质、光洁度以及加工效率。最常见的磨料有刚玉磨料、碳化硅磨料等普通磨料，以及金刚石、CBN等超硬磨料。传统的刚玉磨料通常是由电熔法制备，近些年，随着技术的进步和材料科学的发展，加之对节能减排的重视，市场上出现了一种新型烧结刚玉磨料。

这种新型烧结刚玉磨料出现于20世纪80年代，由西方发达国家主导发展，分别以不同的牌号来命名，比如，圣戈班公司的SG磨料、3M公司的Cubitron磨料、德国Hermes公司的CB磨料、日本Noritake公司的CX磨料、以及郑州玉发公司的CA磨料等等，业内被称为微晶刚玉磨料、超微晶刚玉磨料、TG磨料的产品等也都属于新型的烧结刚玉磨料。这种磨料多采用溶胶-凝胶工艺合成前驱体，然后进行凝胶化、干燥、预破碎、制粒、筛选、烧结，进而制成的一种具有较高韧性和硬度的磨料。该生产工艺中常常加入一些助剂来促进晶粒的形成、抑制晶粒的长大，同时降低这种新型磨料的烧结温度。

2 新型烧结刚玉磨料的优越性能

新型烧结刚玉磨料与普通电熔刚玉磨料相比，除了生产制造时节能显著之外，还具有一些优越性能：

（1）切削能力：由于这种新型烧结刚玉磨料每颗磨粒由成千上万个微米级或亚微米级的细小晶体组成，磨粒晶体尺寸仅为普通刚玉磨料的1/15～1/200，这些微晶磨粒使新型烧结刚玉磨料具有更锋利的切削刃和较高的磨削效率，可进行大切深、大进给、重负荷等高效磨削。有数据显示，单行程进给量可以达到0.25 mm，金属去除率比普通刚玉砂轮高50%以上；

（2）韧性：由于这种新型磨料的微晶结构特点，磨粒的韧性好，在磨削过程中受到冲击时常发生晶粒的沿晶断裂，并使破裂后留在基体上的磨粒仍然具有良好的磨削能力。与传统电熔刚玉磨料常发生穿晶断裂或整个磨粒脱落的情形相比，新型磨料具有出色的韧性特征，新磨料制备的砂轮使用时磨损小、形状保持性好，在保证加工精度的情况下减少了砂轮的修整次数，使砂轮的寿命比传统磨料制品提升了2～3倍。在工件的精密磨削和成型磨削时易于实现较高的尺寸精度和形状一致性。

随着各机械加工企业调结构、降成本、提效率的发展需求，磨具制造企业为了适应新的发展形势也要进行产品的更新换代，加快新型烧结刚玉磨料磨具产品的生产制备研究。比如，昆山NSK公司，其企业效率提升的新需求是拟将之前沿用的6遍粗磨加2遍精磨的生产工序改为1遍粗磨1遍半精磨和1遍精磨的新工序，以提高效率、简化操作步骤。这就对当前所供磨具产品的改型换代以及拟用的磨料提出了新要求，而且这中间的产品试制和试用磨合时间很短，改用新型SG磨具是一个可行的方向。虽然成本有所增加，但是考虑到工作效率以及综合性价比，这个决策是合理的。

新型烧结刚玉磨料制成的砂轮一般依照其取代传统刚玉磨料的比例分为1SG、2SG、5SG、SG砂轮，其中1SG指砂轮制成时新型烧结刚玉磨料取代传统刚玉磨料的比例为10%，2SG为20%等，而SG砂轮则指使用磨料全部为新型烧结刚玉磨料。

新型烧结刚玉磨料产品的主要成分为氧化铝，而中国河南区域氧化铝资源丰富，但是新产品售价很高，国际品牌产品售价高达20万元/吨，而且不对中国的磨具生产企业销售，往往需要曲线转由中间路径获得。国内相似性能产品的生产企业少、产品合格率低，售价高达6～12万元/吨。所以对新型烧结刚玉磨料制备技术进行进一步的研究很有必要。

3 新型烧结刚玉磨料国内研究现状及展望

作为地处氧化铝资源丰富的河南省地域的科技人员，如果将新型烧结刚玉磨料的生产技术本土化，对于推动地方的经济发展和科技创新意义深远。在进行市场和文献调研的过程中获悉，国内的一些高校和研究机构早在上世纪90年代后期就开始了对新型烧结刚玉磨料的研究，比如，岳隆明于1998年发表了论文《新型陶瓷刚玉磨料CJY9106的研制》；叶伟昌于1998发表过简讯《新一代陶瓷刚玉SG磨料》，声称“新一代以溶胶—凝胶工艺合成、以烧结法制成的陶瓷刚玉SG磨料已由七砂集团公司开发成功”；李志宏在服务于郑州工业高等专科学校时于2000年发表了论文《陶瓷刚玉磨料制造及应用进展》、《陶瓷刚玉磨具制造及其磨削应用》，服务于天津大学后的2006年发表了 《烧结添加剂和晶种对新型陶瓷刚玉磨料烧结的影响》，2007年发表了 《陶瓷刚玉磨料行星磨干法造粒研究》、《烧结温度对陶瓷刚玉磨料性能的影响》、《MgO和SiO2烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响》；中国铝业股份有限公司郑州研究院的陈玮于2002年发表了论文《微晶氧化铝磨料的特性及制造》，河南工业大学的徐三魁于2006年发表了论文《超微晶氧化铝磨料的研究》，于2007年发表了《超微晶刚玉磨料的生产技术及应用》［1～10］。

业界经过近二十年的科研探索和研究，有一些论文和专利资料问世，但是我国自主知识产权的新型烧结刚玉磨料制备技术仍不是十分成熟，产品生产状况令人担忧。据悉，目前市场上在售的有山东鲁信高新公司生产的产品和上海度朔公司生产的产品和郑州玉发的CA磨料产品。这些产品售价不菲，但其产品性能和质量与进口产品相比仍有较大的差距。

我司与白鸽磨料磨具有限公司共同组成的研究团队，汲取他人的成功经验和智慧，拟以更加简洁的工艺技术路线，融入等静压与微波烧结技术，制备性能可靠、技术和原料本土化的新型烧结陶瓷刚玉磨料产品。

［1］岳隆明.新型陶瓷刚玉磨料CJY9106的研制［J］.成都大学学报（自然科学版），1998（4）：5～12.

［2］李志宏，詹欲生.陶瓷刚玉磨料制造及应用进展［J］.金刚石与磨料磨具工程，2000（3）：37～38.

［3］李志宏，赵松泉.陶瓷刚玉磨具制造及其磨削应用［J］.金刚石与磨料磨具工程，2000（4）：29～33.

［4］陈玮，尹周澜，周海龙，等.微晶氧化铝磨料的特性及制造［J］.轻金属，2002（12）：9～11.

［5］张云浩，李志宏，朱玉梅.烧结添加剂和晶种对新型陶瓷刚玉磨料烧结的影响［J］.金刚石与磨料磨具工程，2006（5）：74～76.

［6］李剑，李志宏，崔希文，等.陶瓷刚玉磨料行星磨干法造粒研究［J］.金刚石与磨料磨具工程，2007（4）：55～58.

［7］张云浩，李志宏，朱玉梅.MgO和SiO2烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响［J］.稀有金属材料与工程，2007，36（s1）：235～237.

［8］李文学，李志宏，朱玉梅，等.烧结温度对陶瓷刚玉磨料性能的影响［J］.金刚石与磨料磨具工程，2007（5）：68～70.

［9］徐三魁，赵建昌.超微晶陶瓷氧化铝磨料的研究［J］.金刚石与磨料磨具工程，2006（6）：71～73.

［10］徐三魁，赵建昌，邹文俊.超微晶刚玉磨料的生产技术及应用［J］.金刚石与磨料磨具工程，2007（2）：69～72.

作者介绍:边华英，1971年生，女，现居郑州，高级工程师，主要从事陶瓷材料和新型建材研究工作。基金项目：本课题为河南省科学院预先研究经费项目，等静压工艺在微晶刚玉磨料制备中的应用研究。